JPH0557542A - 電動ドライバーの給電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ネジを被締め付け物に形成された下穴に略一定
回転速度でねじ込むときに、ネジのねじ込みトルクの増
加に対応して、電動ドライバーの駆動モーターに加える
電流値Ｉを増加させる第１の工程と、電流値Ｉが、ネジ
の頭を着座させるために必要な電流値Ｉ２まで増加した
ときに駆動モーターの電機子への給電を停止する第２の
工程と、電機子への給電が停止されてから駆動モーター
の回転が停止するまでの時間に略一致した時間ｔだけ、
電機子への給電を停止した状態を保持する第３の工程
と、電機子に再び給電を開始し、電流値Ｉが電流値Ｉ２
まで増加したときに、再び電機子への給電を停止する第
４の工程とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動ドライバーを用い
てネジ締めを行う時に、このネジ締めのトルクをコント
ロールするための電動ドライバーの給電方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ネジを締め付けるための電動ドラ
イバーにおいては、ネジをモーターにより一定回転速度
で回転させ、ネジが完全にねじ込まれてモーターの回転
が停止した時に、電機子に流れる電流値が変化すること
を検出してモーターへの給電を停止する用にされてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常、
ネジ締め機に使用されるモーターは大トルクを発生する
必要があるため、その回転子には大量のコイルが巻かれ
ており、慣性モーメントが大きくなっている。この様に
慣性モーメントが大きいことは、ネジの回転速度を安定
化させる上でも必要である。従って、従来例の様に、ネ
ジが完全にねじ込まれるまでモーターを一定回転速度で
回転させた場合には、ネジが着座した（ネジのねじ込み
が完了した）瞬間にモーターの回転が強制的に停止され
ることになり、回転子の回転慣性力がネジに衝撃的にか
かることになる。そのため、着座した直後にネジに必要
以上の回転トルクが衝撃的にかかり、ネジ山の破損を招
いたり、最終的な締め付けトルクが不安定になるという
問題点があった。従って、本発明は上述の課題に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、ネジに
必要以上の締め付けトルクがかからず、締め付けトルク
を正確に規定することができる様な電動ドライバーの給
電方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明の電動ドライバーの給電方
法は、ネジを被締め付け物にねじ込むための電動ドライ
バーの給電方法において、前記ネジの先端を前記被締め
付け物に形成された下穴に食い付かせ、略一定回転速度
で該ネジをねじ込むときに、該ネジのねじ込みトルクの
増加に対応して、前記電動ドライバーの駆動モーターに
加える電流値Ｉを増加させる第１の工程と、前記電流値
Ｉが、前記ネジの頭を着座させるために必要なトルクに
対応した電流値Ｉ２まで増加したときに前記駆動モータ
ーの電機子への給電を停止する第２の工程と、前記電機
子への給電が停止されてから前記モーターの回転が停止
するまでの時間に略一致した時間ｔだけ、前記電機子へ
の給電を停止した状態を保持する第３の工程と、前記駆
動モーターを回転させるために前記電機子に再び給電を
開始し、前記電流値Ｉを漸増させて、該電流値Ｉが前記
電流値Ｉ２まで増加したときに、再び前記電機子への給
電を停止する第４の工程とを具備することを特徴として
いる。また、この発明に係わる電動ドライバーの給電方
法において、前記第２の工程が終了した後、前記第３の
工程と前記第４の工程とを、前記ネジの頭が着座するま
で繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の電動ドラ
イバーの給電方法。

【０００５】

【作用】以上の様に、この発明に係わる電動ドライバー
の給電方法は構成されているので、ネジのねじ込みトル
クが着座トルクに対応した値になるまで電機子電流を増
加させていき、ネジの頭が着座する前の時点で電機子へ
の給電を一旦停止し、着座トルクに対応した電流をモー
ターに印加しては停止する工程を繰り返すことにより、
着座の直前においてモーターを小刻みに回転させながら
ねじ込みを行うことができるので、ねじ込みが完了した
瞬間にモーターの慣性による大きなトルクがかかること
がない。また、着座トルクに略一致したトルクでネジが
締め込まれることになるので、ネジの最終的な締め付け
トルクを安定化させることができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の好適な一実施例について、添
付図面を参照して詳細に説明する。図１は、一実施例の
電動ドライバーの給電方法を適用する自動ネジ締め機１
０の側面図である。図１において、参照番号１２は、こ
の自動ネジ締め機１０を固定するための不図示の架台上
に固定されたフレームを示している。このフレーム１２
には、実際にネジ５０を回転させて被ねじ込み物５２に
ねじ込むための電動ドライバー部１４が、昇降フレーム
２０を介して配設されている。また、フレーム１２に
は、昇降フレーム２０をフレーム１２に対して昇降させ
るための昇降用エアシリンダ１６が固定されている。ま
た、昇降用エアシリンダ１６のピストンロッド１６ａの
延出方向に平行にされた状態でガイドシャフト１８が固
定されている。

【０００７】ガイドシャフト１８には、昇降フレーム２
０の嵌合部２０ａ，２０ｂが嵌合されており、この嵌合
部２０ａ，２０ｂをガイドシャフト１８に嵌合させた状
態で、昇降フレーム２０はガイドシャフト１８に対して
昇降自在にされている。昇降フレーム２０の上側の嵌合
部２０ａの先端部は昇降用エアシリンダ１６のピストン
ロッド１６ａの先端部に接続されている。昇降フレーム
２０は、昇降用エアシリンダ１６の動作によるピストン
ロッド１６ａの上下動により、フレーム１２に対してガ
イドシャフト１８に沿って昇降される。

【０００８】一方、昇降フレーム２０上には、ブラケッ
ト２２を介して電動ドライバー部１４の駆動源であるモ
ーター２４が固定されている。モーター２４の上部に
は、このモーター２４の回転角度を検出するためのロー
タリーエンコーダ２６が接続されている。また、モータ
ー２４の下側に突出した出力軸２４ａには、カップリン
グ２８を介してビツトホルダ３０が固定されている。ビ
ットホルダ３０は、昇降フレーム２０に対してベアリン
グ３２を介して回転可能に支持されており、モーター２
４の出力軸２４ａと一体的に回転可能にされている。ビ
ットホルダ３０の下端部には、実際にネジ５０を回転さ
せるためのビット３４が接続されている。

【０００９】昇降フレーム２０の下側には、下端を閉止
された略円筒状の固定筒３６が固定されている。固定筒
３６の下面中央部には透穴３６ａが形成されており、こ
の透穴３６ａには、その内周面に嵌合する外周面を有す
るビットカバー３８が挿入されている。従って、ビット
カバー３８はその外周面を透穴３６ａの内周面にガイド
された状態で固定筒３６に対して昇降可能である。

【００１０】また、固定筒３６の上部側面には、パイプ
４０が接続されており、不図示のチューブにより不図示
の真空ポンプに接続されている。ビットカバー３８の外
周部と固定筒３６の内周面の間にはＯリングが装着され
ており、固定筒３６の内周面と、ビットカバー３８の外
周部との気密を保つ用にされている。従って、不図示の
真空ポンプを動作させれば、固定筒３６及びビットカバ
ー３８内の空気が引き抜かれ、これによりビットカバー
３８の下端部からは外部の空気が吸引されることとな
る。なお、ビットカバー３８の上面と昇降フレーム２０
の下面の間には圧縮バネ４４が装着されており、通常の
状態においては、ビットカバー３８は、圧縮バネ４４の
付勢力により、図示した様に固定筒３８に対して下方に
付勢されている。

【００１１】次に、フレーム１２には透穴１２ａが形成
されている。この透穴１２ａには、Ｏリング４６を介し
てスライドベアリング４８が装着されている。ビットカ
バー３８の下側先端部がこのスライドベアリング４８に
挿入されており、ビットカバー３８の下側先端部はこの
スライドベアリング４８により、上下動の時に左右方向
のぶれが生じない様にガイドされている。

【００１２】フレーム１２の下方には、ネジ５０を供給
するための揺動駒５４が配置されており、不図示の支持
部材に取り付けられたピン５６により、矢印方向に揺動
自在に支持されている。また、揺動駒５４は、不図示の
ストッパーにより図示した位置よりも時計回転方向の動
きを禁止されており、また不図示のバネにより図中時計
回転方向に付勢されているので、通常の状態では、図示
した位置に保持されている。この揺動駒５４は、１個ず
つ分離されたネジ５０をビットカバー３８の真下に供給
するものであり、昇降フレーム２０の下降により、ビッ
トカバー３８が下降してくると、ビットカバー３８の下
端部により、矢印方向に押しのけられる。このとき、前
述した真空ポンプにより、パイプ４０を介して固定筒３
６内の空気を引き抜くことにより、ネジ５０はビットカ
バー３８の先端から内部に吸い込まれ、ビット３４の先
端に吸いつけられる。

【００１３】以上の様に構成された自動ネジ締め機１０
の概略動作について説明する。まず揺動駒５４にネジ５
０を１個補給した後、モーター２４を一定速度で回転さ
せ、且つ、パイプ４０を介して固定筒３６内の空気を引
き抜いた状態で、昇降フレーム２０をフレーム１２に対
して下降させる。そして、ビットカバー３８の下端部が
揺動駒５４に接すると、ネジ５０はビットカバー３８の
下端から吸い込まれてビット３４の下端の十字部にネジ
５０の十字穴がかみ合い、ネジ５０はビット３４と一体
的に回転しはじめる。このとき、ビットカバー３８の下
端からはネジ５０の先端が２ｍｍほど出る様にビット３
４とビットカバー３８の長さ寸法を決めておく。そし
て、更に昇降フレーム２０が下降すると、揺動駒５４が
矢印方向に逃げて、ネジ５０の先端が被締め付け物５２
の下穴５２ａに食い付き、ねじ込みを開始する。このと
き、ビットカバー３８から２ｍｍ程突出しているネジ５
０の先端部が全てねじ込まれてしまうと、その後は、ビ
ットカバー３８が圧縮バネ４４の付勢力に抗して固定筒
３６に対して上方にスライドするので、ビットカバー３
８の先端部は、ネジ５０のねじ込みの進行に伴って上方
に逃げ、ねじ込みを妨げない様にされている。なお、参
照番号５８は、被締め付け物５２に対して固定される被
固定物を示している。

【００１４】次に、図２及び図３を参照して、一実施例
の電動ドライバーの給電方法について説明する。まず、
一実施例の給電方法について具体的に説明する前に、通
常のネジをねじ込む時に、ネジの回転速度が常に一定と
なる様に制御する場合にモーターに印加すべき電流値に
ついて説明する。例えばセルフタッピングタイプのネジ
を合成樹脂等から成る被締め付け物にねじ込む場合につ
いて説明すると、セルフタッピングタイプのネジは、通
常、先端部の先細りのテーパー部と、ネジの頭に近い略
一様太さの部分から成っている。そのため、セルフタッ
ピングタイプのネジをねじ込む時には、先端部が下穴に
食い付いて先端の細い部分がねじ込まれる初期の時点で
は、図２（ａ）に示した様にねじ込みトルクＴは小さ
く、深くねじ込まれるに従ってねじ込みトルクＴは増大
していく。そして、一様太さの部分までねじ込まれる
と、その後は、ねじ込みトルクＴは略一定値Ｔ２に落ち
着く。このトルクＴ２を着座トルクと呼ぶ。そのため、
このようなネジをねじ込む時に、モーターの回転速度
（ネジの回転速度）を一定にしようとすると、そのとき
電動ドライバーのモーターに印加すべき電流値Ｉは、図
２（ｂ）に示した様に変化する。すなわち、ねじ込み初
めの電流値ＩはＩ１の様に小さく（Ｉ１は無負荷電流
値）、その後、次第に増加してねじ込みトルクが着座ト
ルクＴ２に一致すると略一定の電流値Ｉ２となる。

【００１５】このねじ込みトルクの変化は、セルフタッ
ピングタイプのネジにおいて特に顕著であるが、予めタ
ップの切ってある通常のネジにおいても、同様の現象が
発生する。これは、通常のネジにおいてもネジの先端部
がセルフタッピングタイプのネジと同様に、やや細くさ
れているので、この部分がねじ込まれる時には、ねじ込
み深さが大きく成るに従ってねじ込みトルクが増大する
からである。そして、上記と同様に一様太さの部分まで
ねじ込まれた後にはねじ込みトルクは略一定値となる。
従って、そのときの電流値の変化も図２に示したものと
同様の変化となる。

【００１６】次に図３を参照して電動ドライバーの給電
方法について具体的に説明する。まず、電動ドライバー
１４のモーター２４に電流値Ｉ１を印加し、ビット３４
を回転させ始める。このときの電流値Ｉ１は、無負荷状
態において、モーター２４の回転速度がネジ５０をねじ
込む時の所望の回転速度に一致する様な電流値である。
そして、このようにモーター２４に電流値Ｉ１を印加し
て、ｔ１時間だけ経過した後にネジ５０の先端部を被締
め付け物５２の下穴５２ａに食い付かせる。このときモ
ーター２４に印加する電流値ＩをそのままＩ１にとどめ
た場合には、モーター２４の回転速度は低下してしまう
ので、ねじ込みトルクＴの増大に対応して、モーター２
４に印加する電流値Ｉも増加させる。そして、モーター
２４に印加する電流値Ｉを着座トルクＴ２に対応した電
流値であるＩ２まで増加させたところで、モーター２４
への給電を一旦停止する。この給電の停止状態は、ｔ秒
間保持される。このｔ秒間の時間は、モーター２４が停
止するまでに要する時間に略対応した時間であり、モー
ター２４の特性により異なる。

【００１７】そして、ｔ秒間モーター２４への給電を停
止した後に再びモーター２４への給電を開始し、電流値
Ｉを再びＩ２まで増加させる。このとき、ネジ５０のね
じ込みトルクＴは既に着座トルクＴ２にまで増加してい
るので、給電開始直後には、モーター２４は回転せず停
止したままであり、電流値がＩ２に達したところで僅か
に回転する。このときの回転数は、条件により異なる
が、１〜２回転程度である。このように２回目の給電を
行ったところで、まだネジ５０が着座していない場合
は、ネジ５０が着座するまでモーター２４に同様の給電
を繰り返す。

【００１８】このように間欠的に僅かずつネジ５０を回
転させることにより、着座した瞬間に、モーター２４の
回転慣性力がネジ５０に大きく作用することがなく、ネ
ジ５０の締め付けトルクを略一定値に安定させることが
できる。また、モーターの慣性力によりネジ５０に衝撃
的に過大なトルクが印加されることによるネジ山の破損
等も防止することができる。

【００１９】この後、必要に応じて、ネジ５０が着座し
た時刻ｔ２からネジの増し締めを行う。このときは、モ
ーター２４にＩ２より大きい電流値Ｉ３をパルス状に印
加させた後に電流値をＩ１に低下させるパターンを、こ
の電流変化の１周期におけるネジ５０の締まり回転角度
が所定値以下となるまで繰り返す。この回転角度はロー
タリーエンコーダ２６により検出される。以上の様にし
てネジ５０の締め付けを終了する。

【００２０】次に図４に基づいて、自動ネジ締め機１０
に接続されている電気回路の構成について説明する。ま
ず、電動ドライバー１４を駆動するモーター２４には前
述した様にロータリーエンコーダ２６が接続されてお
り、このロータリーエンコーダ２６にはモーター２４の
回転速度を検出する速度計測器１００が接続されてい
る。速度計測器１００はロータリーエンコーダ２６から
出力される信号から、モーター２４の回転速度を計測す
る。このとき同時にモーター２４の回転角度も検出され
る。

【００２１】速度計測器１００は、自動ネジ締め機１０
全体を制御するＣＰＵ１０２に接続されており、ＣＰＵ
１０２は、速度計測器１００から供給されるモーター２
４の回転速度情報から、モーター２４の回転速度を一定
にするために印加すべき電流値を算出する。また、ＣＰ
Ｕ１０２には電流制御装置１０４が接続されており、Ｃ
ＰＵ１０２は電流制御装置１０４に、モーター２４に印
加すべき電流値の情報を与える。そして、電流制御装置
１０４には、モーター２４が接続されており、電流制御
装置１０４から印加される電流により、モーター２４の
回転速度が一定値となる様に制御される。ただし、ＣＰ
Ｕ１０２はモーター２４の回転速度を一定に制御するの
みではなく、図３に示した様なモーター２４への給電状
態のパターンを全て制御するものである。

【００２２】次に、図５に示したフローチャートを参照
して、図３に示した様な給電方法を行う手順について説
明する。まず初めに、モーター２４に電流値Ｉ１を印加
してモーター２４を回転させておき、ステツプＳ２０２
に進む。ステツプＳ２０２では、ＣＰＵ１０２によりモ
ーター２４の回転数が目標回転数と比較される。そし
て、モーター２４の回転数が目標回転数と一致していれ
ば、ネジ５０が被締め付け物５２にまだ食い付いていな
いことを示しているので、ねじ込みが開始されるまでそ
のまま待機する。また、モーター２４の回転数が目標値
より大きい場合には、ステツプＳ２０３に進み、モータ
ー２４に印加する電流値Ｉを減少させてステツプＳ２０
２に戻る。

【００２３】また、ステツプＳ２０２において、モータ
ー２４の回転数が目標値よりも小さい場合には、既にネ
ジ５０の先端部が被締め付け物５２に食い付いているこ
とを示しているので、ステツプＳ２０４に進み電機子電
流が着座トルクＴ２に対応する電流値Ｉ２まで増加した
か否かが判断される。もし、ステツプＳ２０４において
電気子電流が電流値Ｉ２よりも小さい場合には、ステツ
プＳ２０６に進み、モーター２４の回転数を目標値まで
上昇させるためにモーター２４の電機子電流Ｉが所定量
増加され、ステツプＳ２０２に戻り、ステツプＳ２０２
〜ステツプＳ２０６を繰り返す。

【００２４】また、ステツプＳ２０４で、電気子電流Ｉ
が着座トルクＴ２に対応する電流値Ｉ２以上であった場
合には、ステツプＳ２０８に進みモーター２４が回転中
であるか否かが判断される。もしモーター２４が回転し
ていれば、ネジ５０がまだ着座していない状態を示して
いるので、ステツプＳ２１０に進み、モーター２４への
給電が一旦停止され、ステツプＳ２１２に進む。ステツ
プＳ２１２では、モーター２４の停止に必要な時間に略
等しい時間である時間ｔが経過したか否かが判断され、
時間ｔが経過するまで待機する。ステツプＳ２１２にお
いて、時間ｔだけ経過した場合には、ステツプＳ２０２
に戻りステツプＳ２０２〜ステツプＳ２１２を繰り返
す。

【００２５】一方、ステツプＳ２０８でモーター２４が
回転していないと判断された場合には、ネジ５０が既に
着座していることを意味しているので、ステツプＳ２１
６に進み、増し締めが行われる。以上で、ネジ５０の締
め付け動作を終了する。以上説明した様に、一実施例の
電動ドライバーの給電方法によれば、ねじ込み動作の後
半において、ネジを小刻みに回転させながら着座させて
いるので、ネジにモーターの慣性力による衝撃的な回転
トルクが作用することがなく、ネジの締め付けトルクを
正確に規定することができる。なお、本発明はその主旨
を逸脱しない範囲で、上記実施例を修正または変形した
ものに適用可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の電動ドライ
バーの給電方法によれば、ネジのねじ込みトルクが着座
トルクに対応した値になるまで電機子電流を増加させて
いき、ネジの頭が着座する前の時点で電機子への給電を
一旦停止し、着座トルクに対応した電流をモーターに印
加しては停止する工程を繰り返すことにより、着座の直
前においてモーターを小刻みに回転させながらねじ込み
を行うことができるので、ねじ込みが完了した瞬間にモ
ーターの慣性による大きなトルクがかかることがないと
いう効果がある。また、着座トルクに略一致したトルク
でネジが締め込まれることになるので、ネジの最終的な
締め付けトルクを安定化させることができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の電動ドライバーの給電方法を適用す
るネジ締め機の構成を示した側面図である。

【図２】モーターの回転速度を一定にする場合のねじ込
みトルクと電気子電流値との関係を示した図である。

【図３】一実施例の給電方法の手順を示すタイミングチ
ャートである。

【図４】電気回路のブロック図である。

【図５】一実施例の給電方法の手順を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１０ 自動ネジ締め機 １２ フレーム １４ 電動ドライバー １６ 昇降用エアシリンダ １８ ガイドシャフト ２０ 昇降フレーム ２２ ブラケット ２４ モーター ２６ ロータリーエンコーダ ２８ カップリング ３０ ビットホルダ ３２ ベアリング ３４ ビット ３６ 固定筒 ３８ ビットカバー ４０ パイプ ４２ Ｏリング ４４ 圧縮バネ ４６ Ｏリング ４８ スライドベアリング ５０ ネジ ５２ 被締め付け物 ５４ 揺動駒 ５６ ピン ５８ 被固定物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ネジを被締め付け物にねじ込むための電
   動ドライバーの給電方法において、 前記ネジの先端を前記被締め付け物に形成された下穴に
   食い付かせ、略一定回転速度で該ネジをねじ込むとき
   に、該ネジのねじ込みトルクの増加に対応して、前記電
   動ドライバーの駆動モーターに加える電流値Ｉを増加さ
   せる第１の工程と、 前記電流値Ｉが、前記ネジの頭を着座させるために必要
   なトルクに対応した電流値Ｉ２まで増加したときに前記
   駆動モーターの電機子への給電を停止する第２の工程
   と、 前記電機子への給電が停止されてから前記駆動モーター
   の回転が停止するまでの時間に略一致した時間ｔだけ、
   前記電機子への給電を停止した状態を保持する第３の工
   程と、 前記モーターを回転させるために前記電機子に再び給電
   を開始し、前記電流値Ｉを漸増させて、該電流値Ｉが前
   記電流値Ｉ２まで増加したときに、再び前記電機子への
   給電を停止する第４の工程とを具備することを特徴とす
   る電動ドライバーの給電方法。
2. 【請求項２】 前記第２の工程が終了した後、前記第３
   の工程と前記第４の工程とを、前記ネジの頭が着座する
   まで繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の電動ド
   ライバーの給電方法。